邱春霞 毛琴琴 董乾坤

摘要?基于 RS、GIS 技術(shù)，應(yīng)用修正后的通用土壤流失方程，計算潛在土壤侵蝕量和現(xiàn)實土壤侵蝕量，兩者差值得到土壤保持量，再應(yīng)用市場價值法、影子工程法和機會成本法從保護土壤肥力、減少泥沙淤積和減少土地廢棄價值3個方面來評價土壤保持價值。探索評估黃土高原重要生態(tài)功能區(qū)生態(tài)系統(tǒng)土壤保持功能及其經(jīng)濟價值，以期為該區(qū)生態(tài)系統(tǒng)土壤保持功能的保護與管理提供一定的理論支撐。

關(guān)鍵詞?土壤侵蝕量;土壤保持量;土壤保持價值

中圖分類號?S157文獻標(biāo)識碼 A文章編號?0517-6611（2018）33-0104-04

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程形成及維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用[1]。結(jié)合遙感數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)以及地面數(shù)據(jù)，應(yīng)用通用的土壤流失方程RUSLE（revised universal soil loss equation）對縣南溝流域土壤的保持價值進行評價。

1?土壤保持價值的研究方法

以黃土高原中一個小流域縣南溝作為研究對象，對縣南流域土壤保持溝生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值進行初步的研究，從而得到縣南溝流域土壤保持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價值，技術(shù)路線如圖1所示。

1.1?土壤侵蝕量與保持量估算?生態(tài)系統(tǒng)土壤保持功能用土壤保持量表示。運用通用的土壤流失方程來估算縣南溝流域的土壤保持量[2]。采用廣泛應(yīng)用的RUSLE來估算流域潛在土壤侵蝕量和現(xiàn)實土壤侵蝕量，二者之差即為生態(tài)系統(tǒng)土壤保持量。潛在土壤侵蝕量為沒有植被覆蓋和任何水土保持措施時的土壤侵蝕量，即C=1，P=1;現(xiàn)實土壤侵蝕量為考慮地表植被覆蓋和水土保持措施下的土壤侵蝕量。

式中，Ap為潛在土壤侵蝕量，單位為[t/（hm2·a）];Ar為現(xiàn)實土壤侵蝕量，單位為[t/（hm2·a）];Ac為土壤保持量，單位為[t/（hm2·a）];R為降雨侵蝕力因子，單位為[MJ·mm/（hm2·h·a）];K為土壤可蝕性因子，單位為[t·hm2·h/（hm2·MJ·mm）];L為坡長因子;S為坡度因子;C為植被覆蓋因子;P為水土保持措施因子。L、S、C、P為無量綱。

1.1.1?降雨侵蝕力（R）。R的估算主要有2種方法。一種是通過年雨量或汛期雨量與年最大30 min雨強的乘積估算年R值;二是采用月雨量與年雨量比值系數(shù)的方法估算年 R 值。采用渭北地區(qū)估算降雨侵蝕力指標(biāo)R計算式[3]。論文采用該研究方法，R的計算公式如下：

1.1.2?土壤可蝕性因子（K）。

土壤可蝕性因子（K）表征土壤性質(zhì)對侵蝕敏感程度的指標(biāo)。中國的可蝕性因子獲取有2種途徑，一種是利用實測數(shù)據(jù)計算，而另一種則是根據(jù)諾謨圖計算，從美國制訂的諾謨圖上查出不同土樣的K值，我國黃土的K值為0.43[4]。

1.1.3?坡度坡長因子（LS）。地形是導(dǎo)致土壤侵蝕發(fā)生的直接誘導(dǎo)因子，坡長坡度因子（LS）也稱地形因子，反映地形坡度和坡長對土壤侵蝕的影響。其算法公式為[4-8]：

根據(jù)相關(guān)文獻在RUSLE以及中國黃土高原地區(qū)相關(guān)研究基礎(chǔ)上建立了研究區(qū)黃土坡度因子（S），根據(jù)實測任一坡度下的土壤流失量和標(biāo)準(zhǔn)坡度下的土壤流失量之比，在陜北安塞縣的實驗，坡度指數(shù)為1.308，計算公式為：

1.1.4?植被覆蓋因子（C）。

獲取植被覆蓋因子的方法是根據(jù)植被的各個類型的面積得到不同植被覆蓋度，然后根據(jù)黃土高原不同植被覆蓋度的C值得到植被覆蓋因子。C值見表1。

1.1.5?水土保持措施因子（P）。水土保持因子為采取水土保持措施后土壤流失量與順坡種植時土壤流失量比值。查閱相關(guān)文件之后，參考前人的研究成果，引用黃土高原不同土地利用耕作因子P[30]，其中林地、草地、耕地的利用耕作因子P分別為1.00、1.00、0.65，其他土地利用耕作因子P為1.00。

1.2?減少土地廢棄的價值

根據(jù)土壤保持量和土壤表土平均厚度（0.6 m）推算因土壤侵蝕而造成的廢棄土地面積，再根據(jù)機會成本法計算因土地廢棄而失去的年經(jīng)濟價值。

土壤的容重為1.200 t/m3。

1.3?減少泥沙淤積的價值

根據(jù)蓄水成本計算損失價值[8]。該方法指在環(huán)境破壞后，人工建造一個工程來代替原來的環(huán)境功能，以該工程的投資成本作為環(huán)境污染的損失。

1.4?保護土壤肥力的價值

通過市場價值法，利用因環(huán)境質(zhì)量變化引起的產(chǎn)值和利潤的變化來計量環(huán)境質(zhì)量變化的經(jīng)濟效益或者經(jīng)濟損失[9]。具體是利用氮、磷、鉀的市場價格來計算其價值。

2?數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

2.1?研究區(qū)概況

縣南溝流域位于我國陜西省延安市安塞縣沿河灣鎮(zhèn)，是一個沿河的小流域，北距安塞縣城15 km，南距延安市25 km，溝口即為包茂高速、黃延高速和延志吳高速的交匯處（圖2）。流域范圍在 36°41′24″～36°46′12″N， 109°12′12″～109°22′12″E。流域面積44.11 km2，全長39.48 km。縣南溝坡度見圖3。

2.2?數(shù)據(jù)來源

遙感數(shù)據(jù)來自于地理空間數(shù)據(jù)云（http：//www.gscloud.cn/），用于得到土地利用圖和植被覆蓋因子;氣象數(shù)據(jù)來自于國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺（http：//data.cma.cn/），用于得到降雨侵蝕因子;地面數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)一樣也是來自于地理空間數(shù)據(jù)云（http：//www.gscloud.cn/），用于得到坡度坡長因子，分辨率為30m。影像都統(tǒng)一為墨卡托投影，以上數(shù)據(jù)為論文提供相應(yīng)的支持。

2.3?數(shù)據(jù)處理?為了得到土壤流失方程用因子，獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)ArcGIS和ENVI為技術(shù)平臺處理，得到坡長坡度因子和土地利用圖。

2.3.1??氣象數(shù)據(jù)。

通過國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺獲取的降雨數(shù)據(jù)通過Excel統(tǒng)計得到1996、2003、2013年降雨總量和每年6—9月的降雨量和。根據(jù)前人研究的方法公式計算得到降雨侵蝕因子。

2.3.2?地面數(shù)據(jù)。在地理空間數(shù)據(jù)云里獲得到的DEM數(shù)據(jù)，通過ArcGIS 10.2軟件處理數(shù)字高程數(shù)據(jù)得到論文需要的坡度坡長因子，根據(jù)公式5、公式6、公式7、公式8可得知需要通過數(shù)字高程數(shù)據(jù)先得到柵格單元的水平坡長λ、坡長指數(shù)m、細(xì)溝侵蝕和細(xì)溝間侵蝕的比率β和坡度θ。

2.3.3?遙感數(shù)據(jù)。采用2013年資三數(shù)據(jù)遙感影像，對影像進行前期預(yù)處理。主要包括遙感影像幾何校正、全色和多光譜遙感影像融合、影像裁剪以及影像解譯。

2.3.4?土地利用面積的統(tǒng)計。土地利用面積的統(tǒng)計，在土地利用圖中建立面狀shp文件，首先打開文件的屬性表，在字段中添加一個字段，名字為Shape_Area，字段類型為雙精度。在屬性表尾部有一個新添的字段，右擊字段名，在彈出的菜單欄中選擇統(tǒng)計，統(tǒng)計每種土地利用類型的面積。

再利用統(tǒng)計工具計算每個土地類型的比例。

3?結(jié)論與討論

3.1?土壤侵蝕量與土壤保持量?以ArcGIS 10.2為技術(shù)平臺，利用柵格計算器得到降雨侵蝕因子、土壤可蝕性因子、地形因子、植被覆蓋因子和水土保持因子這5個因子，根據(jù)USLE 方程得到1996、2003、2013年黃土高原地區(qū)縣南溝流域潛在土壤侵蝕量和現(xiàn)實土壤侵蝕量，從而得到土壤保持量?；诮y(tǒng)計分析工具估算1996、2003、2013 年單位面積的各地類的土壤潛在侵蝕總量、現(xiàn)實侵蝕總量和保持總量見表2。

3.2?縣南溝土壤保持生態(tài)功能價值

應(yīng)用市場價值法、機會成本法及影子工程對縣南溝流域 1996、2003、2013 年的單位面積土壤保持各項價值量進行統(tǒng)計，結(jié)果見表3、4。

3.3?土壤保持生態(tài)功能價值時空變化

在縣南溝流域生態(tài)系統(tǒng)土壤保持價值研究中，1996、2003和2013年土壤保持總價值分別為795.84萬、1 395.21萬和7 480.98萬元。其中1996年的林地生態(tài)系統(tǒng)的土壤保持價值占總價值的54.72%，草地生態(tài)系統(tǒng)價值占總價值的26.86%，林地和草地生態(tài)系統(tǒng)總共占服務(wù)總價值的81.57%。林地和草地生態(tài)系統(tǒng)的土壤保持價值在本年的土壤保持總價值中占重要地位。由圖4可以得知，2003年的林地生態(tài)系統(tǒng)的土壤保持價值占總價值的59%，草地生態(tài)系統(tǒng)的土壤保持價值占總價值的22%，耕地和園地生態(tài)系統(tǒng)的土壤保持價值占總價值的19%，2013年的林地生態(tài)系統(tǒng)的土壤保持價值占總價值的77%，草地生態(tài)系統(tǒng)價值占總價值的15%，林地和草地的土壤保持價值占總價值的92%。隨著林地和草地生態(tài)系統(tǒng)在縣南溝土地利用整個生態(tài)系統(tǒng)中占的比重越來越大，土壤保持生態(tài)系統(tǒng)價值也越來越大。

4?結(jié)語

以陜西省延安市安塞縣縣南溝流域為黃土高原研究對象，運用通用的水土流失方程（RUSLE）研究黃土高原土壤保

持量。再從保持土壤肥力價值、土地廢棄價值和減少泥沙淤積價值3個方面，得到縣南溝的土壤保持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價值及其價值的時空分布。

參考文獻

[1] 姬桂珍.區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其公益價值研究：以南平市為例[J].國土與自然資源研究， 2007（4）：55-56.

[2] RENARD K G，F(xiàn)OSTER G R，WEESIES G A， et al. Predicting soil erosion by water：A guide to conservation planning with the Revised Universal Soil Loss Equation （RUSLE）[M].Washington DC：Government Print Office，1997.

[3] 王萬忠，焦菊英.中國的土壤侵蝕因子定量評價研究[J].水土保持通報，1996，16（5）：1-20.

[4] 李晶，任志遠(yuǎn).基于GIS的陜北黃土高原土地生態(tài)系統(tǒng)水土保持價值評價[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，40（12）：2796-2803.

[5] 李亦秋，馮仲科，韓烈保，等.丹江口庫區(qū)及上游生態(tài)系統(tǒng)土壤保持效益價值評估[J].中國人口·資源與環(huán)境，2010，20（5）：64-69.

[6] 孔亞平，張科利，曹龍熹.土壤侵蝕研究中的坡長因子評價問題[J].水土保持研究，2008，15（4）：43-47，52.

[7] 陳龍，謝高地，裴廈，等.瀾滄江流域生態(tài)系統(tǒng)土壤保持功能及其空間分布[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2012，23（8）：2249-2256.

[8] 于格，魯春霞，謝高地，等.基于RS和GIS的青藏高原草地生態(tài)系統(tǒng)土壤水分保持功能及其經(jīng)濟價值評估：以生長季為例[J].山地學(xué)報， 2006， 24（4）：498-503.